材料成形装备及自动化

精品课程材料成形装备及自动化第四章（4.3）华中科技大学材料科学与工程学院SchoolofMaterialScienceandTechnology，HUST华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程4.3电阻焊装备及自动化4.3.1电阻焊原理及分类电阻焊原理：利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量，使两个分离表面的金属原子之间接近到晶格距离，形成金属键，在结合面上产生足够量的共同晶粒而得到焊点，焊缝或对接接头。因此，适当的热和机械力作用是获得电阻焊优质接头的基本条件。电阻焊机：向焊接区提供热和机械力，即电流和压力而实现电阻焊的装置特点：机械化和自动化高度程度高分类：如图4-45所示。电阻焊机应用最多的是点焊机、凸焊机、缝焊机和对焊机4种，其中点焊机又是它们中最多的。第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程图4-45电阻焊分类电阻焊交流焊直流焊脉冲焊低频焊工频焊高频焊点焊缝焊对焊点焊缝焊对焊对接逢焊点焊缝焊对焊电容贮能焊直流冲击波焊点焊缝焊对焊点焊缝焊4.3.1电阻焊原理及分类第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程4.3.2电阻焊机的基本结构电阻焊机的基本结构包含三个部分：主电力电路、机械结构、控制装置。（1）主电力电路电阻焊机的主电力电路或称功率电路，包括从电网开始的所有初、次级主电流所流经的路程组件，如图4-46所示。第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程a)交流单相电阻焊机c)低频电阻焊机b)电容储能电阻焊机d)次级整流电阻焊机SCR－晶闸管T－焊接变压器R－整流装置S－极性转换开关C－充放电电容器组D－次级整流元件Dr－分流二极管4.3.2电阻焊机的基本结构图4-46第四章金属连接成形设备及自动化各种电阻焊机的主电力电路华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程（2）机械结构电阻焊机的机械结构是实施电阻焊时给焊接区加压的重要部件。它包括机架、电极加压机构和传动机构。电极加压机构和传动机构在点、缝、对焊机中各有不同；点焊机中主要有电极臂、电极握杆及杠杆或气液压加压传动机构；缝焊机中主要有电极臂、滑动轴承、气液压加压系统、滚轮电极转动传动系统；对焊机中主要有动、静夹的夹紧机构和顶锻机构。4.3.2电阻焊机的基本结构第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程（3）控制装置电阻焊机控制装置的任务是实现焊接电流、电极压力、夹紧力、顶锻力等工艺参数的调节与控制，保证焊接循环中各阶段工艺参数的动态波形相互匹配及时间控制。对要求严格控制焊接质量的焊机还可实现工艺参数的自动调整和焊接质量的监控。控制装置主要由焊接电流控制器、焊接程序控制器和电网同步装置等组成，其中电流控制器和程序控制器是两大核心部分。4.3.2电阻焊机的基本结构第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程4.3.2电阻焊机的基本结构焊接电流的控制有简单的电磁接触器式和精确的电子开关式。由于采用电子开关，可以实现与电网同步控制。它不但能使焊接电流在电网电压的固定相位接通和断开，同时用移动相位角可实现热量控制。焊接程序的控制通常由程序转换电路和定时电路组合的控制单元实现。焊接程序实质上是一个电阻焊的循环程序。简单的循环程序为预压、加热焊接、冷却结晶（维持加压），休止四个程序段。当电极压力使用梯形、马鞍形或任意可调的压力循环，电流使用预热、焊接、回火等阶段值时，焊接程序就会变成复杂的循环程序。复杂的循环程序焊接可以适应于特殊的工艺要求。为此，电阻焊机的控制器采用微机控制已越来越广泛，除了可方便设置复杂的程序控制外，还设置了电网电压补偿、电流斜率控制、恒流控制、功率因数自适应控制、自动补偿电极端面增大的电流调节，且还可方便设定数组焊接工艺参数、监控以及实现多台焊机的群控。第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程统8.机身第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备点焊机是在电极间的工件上产生点状焊接区的电阻焊设备。通用点焊机组成如图4-47所示。图4－47点焊机组成示意图1.加压机构2.焊接回路3.阻焊变压器4.电力开关5.控制器6.功率调节机构7.冷却系华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备按用途分为：通用型、专用型、特殊型按安装方式分为：固定式、移动式或轻便式按加压机构传动方式分为：脚踏式、电动凸轮式、电磁式、气压式、液压式、复合式按活动电极移动方式为：垂直行程式、圆孤行程式按焊接电流波形分为：交流型、低频型、电容贮能型、直流型（包括二次整流式和逆变式）按电极类型可分为：单点、双点、多点华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备（1）加压机构点焊机加压机构应具有刚性好、动作灵活、随动性好，以及具有适应焊接工艺要求的压力变化曲线（恒定压力、阶梯形压力及马鞍形压力等）。其常用加压机构类型及应用范围见表4-4。名称电极压力Fw/N压力变化曲线应用杠杆弹簧传动＜3000不变25kVA以下点焊机电动凸轮传动＜4000不变75kVA以下点焊机电磁传动－不变或可变小功率精密点焊机气压传动＜150000不变或可变1000kVA以下点（凸）焊机液压传动＜3500不变2800kVA以下多点焊机气压－液压传动＜9000不变200kVA以下悬挂式点焊机华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程表4－4常用加压机构类型第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程图4－48气路原理图1－气缸2－节流阀（带消声器）3—二位四通电磁阀4－储气筒（带排水阀）5－气源6－截止阀7－滤清器8－减压阀9－油雾器10－二位四通电磁阀第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备目前，广泛应用的双行程快速点焊气压传动加压机构，其中气路系统的典型组成如图4-48所示。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备（2）焊接电流波形1）工频焊接电流波形由工频交流点焊机提供，这种焊机的主要电气框图及焊接电流波形如图4-49。阻焊变压器经级数换接器（即功率调节机构）和开关（晶闸管电力开关）接于工频交流电网，由控制装置决定了开关导通时刻的不同，二次回路中可获得不同波形。2）次级整流焊接电流波形由次级整流点焊机提供，电流波形属直流型。这种焊机主要电气框图及焊接电流波形如图4-50，即在阻焊变压器的二次输出端接入大功率硅整流器，使得二次回路中流过的是整流后的直流电流。一般次级整流点焊机有单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流三种类型，其电气原理如图4-51所示。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备图4-49工频交流点焊机电气框图及焊接电流波形a）连续波形b）断续波形c）调幅波形d）半波波形华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备图4-50二次整流电阻焊机电气框图及焊接电流波形a）电气框图b）焊接电流波形（感性负载）华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程一般次级整流点焊机有单相全波整流、三相半波整流和三相全波整流三种类型，其电气原理如图4-51所示。图4-51二次整流电阻焊机主电路的三种基本形式a）单相全波整流b）三相半波整流c）三相全波整流4.3.3点焊装备第四章金属连接成形设备及自动化华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备次级整流点焊机具有以下特点：①.由于二次输出为直流，回路感抗几乎为零，且电流不过零，热效率高，因此获得同样大小的焊接电流所需的二次空载电压和功率比交流焊机低得多，其视在功率只有交流焊机的1/3～1/5；②.由于次级整流点焊机通常采用三相供电，因此负载均衡，线电流小，对供电电网冲击小，利用率高；③.由于二次输出为直流，回路感抗几乎为零，焊机臂伸长、大开度以及回路内伸入磁性物质均不影响焊接电流输出大小，因此特别适用于大面积钢板件的点焊和长臂悬挂式点焊机的应用；华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备④.由于直流电的集束效应，电流更集中地流过焊接的中心部，使焊点在电极对轴向上尺寸长，穿透力强，可达到多层钢板一次焊成的效果；⑤.由于直流电主要受回路电阻影响，因此焊接回路电流可随焊接区电阻的变化作自动补偿，从而可减小电极与焊件的粘损和喷溅、分流的影响等。二次整流点焊机的独特优点，使它的通用性很强，不仅能焊碳钢，还能焊接导热性好的轻合金、铜合金，还适合于大型构件的焊接。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备（3）点焊电极正确选用电极是获得点焊优质接头的重要手段。1）电极的功用①.向焊接区传输电流；②.向焊接区传递压力；③.导散焊件表面及焊接区的部分热量；④.调节和控制点焊加热过程中的热平衡；⑤.将工件定位、夹持于适当的位置等。2）对电极材料的要求①.有足够的高温硬度与强度，再结晶温度高；②.有高的抗氧化能力并与焊件材料形成合金的倾向小；③.在常温和高温下都有合适的导电、导热性；④.具有良好的加工性能等。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备图4-52点焊电极的典型形式a）标准直电极b）弯电极c）帽式电极d）旋转头电极e）插头电极f）螺纹电极g）盖式电极华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备（4）控制系统通用点焊机目前都采用集成电路组成的同步控制系统，这时主电力开关可以控制在电网电压每半周固定相位下接通，而在电流过零时断开，其开关元件通常为晶闸管，属于无触点开关，如图4-53所示。控制系统的通用控制原理框图如图4-54所示。此类控制器的同步控制系统主要由同步脉冲发生电路、定时和程序转换电路、热量调节和触发电路，功率因素自适应与单管导通保护电路等几部分电路组成：1）同步脉冲发生电路该电流主要用于产生与网压同步的50Hz和100Hz脉冲信号，分别用于控制定时和程序转换电路及移相电路；2）定时和程序转换电路包括同步定时控制电路和程序转换电路两部分。华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程图4-53典型主电力电路原理图第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备EAMP材料成形装备及自动化精品课程图4-54集成电路组成的控制器的通用控制原理框图华中科技大学材料科学与工程学院第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备华中科技大学材料科学与工程学院EAMP材料成形装备及自动化精品课程第四章金属连接成形设备及自动化4.3.3点焊装备同步定时控制电路由用于设定时间的8421数字拔码盘和用于时间计数的“二-十进制”加法计数器等组成，此电路用于设定和计时加压、焊接、维持、休止几个程序的延时时间，计时范围一般为0~99周的整周数；程序转换电路由程序选通门、延时电路、程序转换门等组成，由两组J-K触发器组成的二位二进制计数器可以输出四种不同状态的程序循环，程序信号再经译码器输出，分别轮流控制加压、焊接、维持、休止四个程序。3）热量调节和触发电路包